JP2017015118A - Control system of construction machine - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、建設機械の制御システムに関する。 The present invention relates to a construction machine control system.
特許文献1には、オペレータが操作レバーを操作すると、パイロット圧によってブーム用切換弁が切り換えられ、同じパイロット圧によって再生流量制御弁が切り換えられる建設機械が開示されている。この建設機械では、ブームシリンダの下降操作時に再生流量制御弁が開状態に切り換えられ、ピストン側室(負荷側圧力室)から排出される作動油の一部が再生流量としてロッド側室に導かれる。これにより、ブームシリンダの下降速度を速くした場合にロッド側室が負圧になることが抑制される。
しかしながら、特許文献1に記載の建設機械では、ブームシリンダの下降操作時には、再生が必要ない場合であっても、操作レバーの操作に伴って再生が行われるため、オペレータによるブームシリンダの下降速度の調整が難しくなる場合があった。
However, in the construction machine described in
本発明は、上記の問題点に鑑みてなされたものであり、オペレータによる流体圧アクチュエータの操作性の調整を容易にできるようにすることを目的とする。 The present invention has been made in view of the above-described problems, and an object thereof is to facilitate adjustment of the operability of a fluid pressure actuator by an operator.
第1の発明は、建設機械の制御システムが、作動流体を供給する流体圧ポンプと、負荷側圧力室と反負荷側圧力室とを有する流体圧アクチュエータと、パイロット室にパイロット圧が導かれると流体圧ポンプから反負荷側圧力室に作動流体を供給して負荷側圧力室から作動流体を排出するように切り換えられる操作弁と、パイロット室にパイロット圧が導かれると負荷側圧力室から排出される作動流体の一部を反負荷側圧力室に導くように切り換えられる再生流量制御弁と、操作弁のパイロット室と再生流量制御弁のパイロット室とを連通させるパイロット連通流路と、パイロット連通流路を連通状態と遮断状態とに切り換える切換弁と、を備えることを特徴とする。 According to a first aspect of the present invention, when a control system for a construction machine includes a fluid pressure pump that supplies a working fluid, a fluid pressure actuator having a load side pressure chamber and an anti-load side pressure chamber, and pilot pressure is introduced into the pilot chamber An operation valve that can be switched to supply the working fluid from the fluid pressure pump to the anti-load side pressure chamber and discharge the working fluid from the load side pressure chamber, and when the pilot pressure is led to the pilot chamber, it is discharged from the load side pressure chamber. A regenerative flow control valve that can be switched to guide a part of the working fluid to the pressure chamber on the non-load side, a pilot communication channel that connects the pilot chamber of the operation valve and the pilot chamber of the regenerative flow control valve, and a pilot communication flow And a switching valve for switching the path between a communication state and a cutoff state.
第1の発明によれば、切換弁が切り換えられると、操作弁のパイロット室と再生流量制御弁のパイロット室とを連通させるパイロット連通流路が遮断される。これにより、オペレータの操作に基づいて操作弁のパイロット室にパイロット圧が導かれても、再生流量制御弁のパイロット室にはパイロット圧は導かれない。よって、負荷側圧力室から反負荷側圧力室に作動流体の一部が導かれないため、流体圧アクチュエータの作動速度を再生が行われないときと同じになるように調整することができる。 According to the first aspect of the present invention, when the switching valve is switched, the pilot communication flow path that connects the pilot chamber of the operation valve and the pilot chamber of the regeneration flow control valve is shut off. Thereby, even if the pilot pressure is guided to the pilot chamber of the operation valve based on the operation of the operator, the pilot pressure is not guided to the pilot chamber of the regeneration flow control valve. Therefore, since a part of the working fluid is not guided from the load side pressure chamber to the counter load side pressure chamber, the operating speed of the fluid pressure actuator can be adjusted to be the same as when the regeneration is not performed.
第2の発明は、建設機械の動作を制御する制御部を更に備え、切換弁が、負荷側圧力室から反負荷側圧力室に作動流体が導かれる再生が不要な場合にパイロット連通流路を遮断状態に切り換える電磁式切換弁であることを特徴とする。 The second aspect of the present invention further includes a control unit for controlling the operation of the construction machine, and the switching valve is provided with a pilot communication channel when regeneration for introducing the working fluid from the load side pressure chamber to the non-load side pressure chamber is unnecessary. It is an electromagnetic switching valve that switches to a cut-off state.
第2の発明によれば、切換弁に電磁式切換弁を用いることで、建設機械の異常状態を制御部が検出して、オペレータの操作によらず自動的に操作弁を切り換えてパイロット連通流路を遮断状態に切り換えることができる。 According to the second invention, by using an electromagnetic switching valve as the switching valve, the control unit detects an abnormal state of the construction machine, and automatically switches the operating valve regardless of the operator's operation, and the pilot communication flow The road can be switched to a blocking state.
第3の発明は、切換弁が、オペレータの操作によってパイロット連通流路を連通状態と遮断状態とに切り換えることを特徴とする。 The third invention is characterized in that the switching valve switches the pilot communication flow path between the communication state and the cutoff state by an operation of the operator.
第3の発明によれば、オペレータがパイロット連通流路を連通状態と遮断状態とに切り換えることで、流体圧アクチュエータの作動速度をオペレータの要求にあわせて調整することができる。 According to the third invention, the operator can adjust the operating speed of the fluid pressure actuator according to the operator's request by switching the pilot communication channel between the communication state and the cutoff state.
第4の発明は、流体圧ポンプから流体圧アクチュエータへの作動流体の供給をアシストするために負荷側圧力室から排出される作動流体のエネルギを回収する回生ユニットを更に備えることを特徴とする。 The fourth invention is characterized by further comprising a regenerative unit for recovering the energy of the working fluid discharged from the load side pressure chamber in order to assist the supply of the working fluid from the fluid pressure pump to the fluid pressure actuator.
第5の発明は、回生ユニットが作動不可能な状態にある場合に、切換弁がパイロット連通流路を遮断状態に切り換えることを特徴とする。 The fifth invention is characterized in that, when the regenerative unit is in an inoperable state, the switching valve switches the pilot communication flow path to the shut-off state.
第4及び第5の発明によれば、回生ユニットが作動不可能な状態にある場合にパイロット連通流路が遮断状態に切り換えられるため、回生ユニットがフェイルした場合には、パイロット連通流路は遮断状態に保たれる。よって、回生ユニットがフェイルした場合には、再生も行わないようにすることで、建設機械の制御システムから回生ユニットを切り離すことができる。したがって、建設機械の作動特性を、回生ユニットを備えない通常の建設機械と同じにすることができる。 According to the fourth and fifth inventions, when the regenerative unit is in an inoperable state, the pilot communication channel is switched to the shut-off state. Therefore, when the regenerative unit fails, the pilot communication channel is blocked. Kept in a state. Therefore, when the regenerative unit fails, the regenerative unit can be separated from the control system of the construction machine by not performing regeneration. Therefore, the operating characteristics of the construction machine can be made the same as those of a normal construction machine that does not include a regenerative unit.
本発明によれば、オペレータによる流体圧アクチュエータの操作性の調整を容易にすることができる。 According to the present invention, the operability of the fluid pressure actuator can be easily adjusted by the operator.
以下、図面を参照して、本発明の実施形態について説明する。 Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings.
以下の各実施形態では、建設機械がハイブリッド建設機械であり、特にハイブリッド油圧ショベル(以下、単に「油圧ショベル」と称する。)である場合について説明する。以下の各実施形態では、流体圧アクチュエータは、油圧ショベルの負荷としてのブームを昇降させるためのブームシリンダ30である。油圧ショベルでは、作動流体として作動油が用いられる。
In the following embodiments, a case will be described in which the construction machine is a hybrid construction machine, in particular, a hybrid hydraulic excavator (hereinafter simply referred to as “hydraulic excavator”). In each of the following embodiments, the fluid pressure actuator is a
(第1の実施形態)
以下、図1を参照して、本発明の第1の実施形態に係る建設機械の制御システム(以下、単に「制御システム」と称する。)100について説明する。
(First embodiment)
Hereinafter, a construction machine control system (hereinafter, simply referred to as a “control system”) 100 according to a first embodiment of the present invention will be described with reference to FIG.
図1に示すように、制御システム100は、可変容量型の第1メインポンプ51と、可変容量型の第2メインポンプ52と、可変容量型のアシストポンプ44と、を備える。
As shown in FIG. 1, the
第1メインポンプ51の吐出油は、第1切換弁53を介して第1回路系統71に供給される。第2メインポンプ52の吐出油は、第2切換弁54を介して第2回路系統72に供給される。アシストポンプ44の吐出油は、第1切換弁53を介して第1メインポンプ51の吐出油に合流可能であると共に、第2切換弁54を介して第2メインポンプ52の吐出油に合流可能である。これらの第1メインポンプ51と第2メインポンプ52とが流体圧ポンプに該当する。
The oil discharged from the first
第1切換弁53は、4ポート2ポジションのスプール式の切換弁である。第1切換弁53は、スプールの一端に臨んでパイロット室53aが設けられ、スプールの他端がスプリング53bで弾性支持される。第1切換弁53は、パイロット室53aにパイロット圧が供給されていない状態では、スプリング53bの付勢力によってノーマル位置に保持される(図1に示す状態)。
The
第1切換弁53は、ノーマル位置に保持されている状態では、第1メインポンプ51の吐出油を第1回路系統71に供給すると共に、アシストポンプ44の吐出油をチェック弁53cを介して第1メインポンプ51の吐出油に合流させる。
In a state where the
第1切換弁53は、パイロット室53aのパイロット圧によって切換位置(図1中右側位置)に切り換えられると、アシストポンプ44の吐出油と第1メインポンプ51の吐出油との合流を遮断する。このとき、第1メインポンプ51の吐出油は、依然として第1回路系統71に供給される。
When the
第2切換弁54は、6ポート3ポジションのスプール式の切換弁である。第2切換弁54には、スプールの両端に臨んでパイロット室54a,54bがそれぞれ設けられる。スプールは、両端に各々設けられる一対のセンタリングスプリング54c,54dによって中立状態に支持される。第2切換弁54は、センタリングスプリング54c,54dの付勢力によって、通常はノーマル位置に保持される(図1に示す状態)。
The
第2切換弁54は、ノーマル位置に保持されている状態では、第2メインポンプ52の吐出油を第2回路系統72に供給すると共に、アシストポンプ44の吐出油を第2メインポンプ52の吐出油に合流させる。
The
第2切換弁54は、一方のパイロット室54aのパイロット圧によって第1切換位置(図1中右側位置)に切り換えられると、アシストポンプ44の吐出油と第2メインポンプ52の吐出油との合流を遮断する。このとき、第2メインポンプ52の吐出油は、依然として第2回路系統72に供給される。
When the
第2切換弁54は、他方のパイロット室54bのパイロット圧によって第2切換位置(図1中左側位置)に切り換えられると、アシストポンプ44の吐出油と第2メインポンプ52の吐出油との合流と、第2メインポンプ52の吐出油の第2回路系統72への供給とが、共に遮断される。
When the
このとき、第2メインポンプ52の吐出油は、アシストポンプ44を駆動する回生モータ45に供給される。なお、ノーマル位置及び第1切換位置においては、第2メインポンプ52の吐出油の回生モータ45への供給は遮断されている。第1切換弁53を第2切換弁54と同じ構成にして、第1メインポンプ51の吐出油を回生モータ45に供給するようにしてもよい。
At this time, the oil discharged from the second
第1切換弁53のパイロット室53aには、パイロット油圧源56から電磁弁1を介してパイロット圧油が供給される。電磁弁1は、ソレノイド1aが非励磁のノーマル位置では、パイロット室53aをパイロット油圧源56から遮断する(図1に示す状態)。電磁弁1は、ソレノイド1aが励磁されることで、パイロット油圧源56の吐出油をパイロット室53aに供給する連通位置(図1中下側位置)に切り換わる。
Pilot pressure oil is supplied to the
第2切換弁54の一方のパイロット室54aは、電磁弁2aを介してパイロット油圧源56に接続される。第2切換弁54の他方のパイロット室54bは、電磁弁2bを介してパイロット油圧源56に接続される。電磁弁2aと電磁弁2bとは、ソレノイド2c,2dが非励磁のノーマル位置では、パイロット室54a,54bをパイロット油圧源56から遮断する(図1に示す状態)。電磁弁2aと電磁弁2bとは、ソレノイド2c,2dが励磁されることで、パイロット油圧源56の吐出油をパイロット室54a,54bに供給する連通位置に切り換わる。
One pilot chamber 54a of the
電磁弁1と電磁弁2aと電磁弁2bとの各々のソレノイド1a,2c,2dは、制御部としてのコントローラ60に接続される。
The
コントローラ60は、油圧ショベルの動作を制御する。コントローラ60は、CPU(中央演算処理装置)と、CPUの処理動作に必要な制御プログラムや設定値等が記憶されたROM(リードオンリメモリ)と、各種センサが検出した情報を一時的に記憶するRAM(ランダムアクセスメモリ)と、を備える。
The
コントローラ60は、油圧ショベルのオペレータの操作に基づく入力信号に応じて、電磁弁1と電磁弁2aと電磁弁2bとの各々のソレノイド1a,2c,2dを励磁し、あるいは非励磁にする。
The
第1メインポンプ51と第2メインポンプ52とは、回転速度センサ(図示省略)を備えるエンジン3によって回転駆動される。エンジン3には、余剰トルクを用いて発電を行なう発電機3aが付設される。
The 1st
第1メインポンプ51に接続される第1回路系統71には、上流側から、旋回モータを制御する操作弁4,アームシリンダを制御する操作弁5,ブームシリンダ30を制御するブーム二速用の操作弁6,予備用アタッチメントを制御する操作弁7,及び左走行用のモータを制御する操作弁8が設けられる。操作弁4〜8は、互いに並列に設けられる中立流路9とパラレル流路10とを介して相互に接続され、第1切換弁53を介して第1メインポンプ51に接続される。
The first circuit system 71 connected to the first
中立流路9における左走行モータ用の操作弁8の下流には、パイロット圧を生成するためのパイロット圧制御用の絞り11が設けられる。絞り11は、流量が多ければ上流側に高いパイロット圧を生成し、流量が少なければ上流側に低いパイロット圧を生成する。
A
具体的には、中立流路9は、操作弁4〜8が中立位置もしくは中立位置近傍にあるときには、第1メインポンプ51から第1回路系統71に供給された作動油の全部又は一部を絞り11を通じてタンク55に導く。このとき、絞り11を通過する作動油の流量が多くなるため、高いパイロット圧が生成される。
Specifically, when the operation valves 4 to 8 are in the neutral position or in the vicinity of the neutral position, the neutral flow path 9 removes all or part of the hydraulic oil supplied from the first
一方、中立流路9は、操作弁4〜8がフルストロークの状態に切り換えられると、流体の流通がなくなる。この場合、絞り11を流れる作動油の流量がなくなるため、パイロット圧はゼロとなる。操作弁4〜8の操作量によっては、作動油の一部がアクチュエータに導かれ、残りが中立流路9からタンク55に導かれる。そのため、絞り11は、中立流路9を流れる作動油の流量に応じたパイロット圧を生成する。このように、絞り11は、上流側に位置する操作弁4〜8の操作量に応じたパイロット圧を生成する。
On the other hand, when the operation valves 4 to 8 are switched to the full stroke state, the neutral flow path 9 loses fluid flow. In this case, since the flow rate of the hydraulic oil flowing through the
中立流路9における操作弁8と絞り11との間には、パイロット流路12が接続される。パイロット流路12は、電磁切換弁13を介して第1メインポンプ51の斜板の傾転角を制御するレギュレータ14に接続される。
A
電磁切換弁13は、レギュレータ14にパイロット圧油を供給するバルブである。電磁切換弁13は、そのポジジョンに応じて、パイロット流路12とパイロット油圧源56とから選択したパイロット圧油をレギュレータ14に供給する。電磁切換弁13は、ノーマル位置では、パイロット流路12の圧力をパイロット圧としてレギュレータ14に供給する(図1に示す状態)。電磁切換弁13は、励磁電流の供給を受けると切換位置(図1中下側位置)に切り換わり、パイロット油圧源56の圧力をパイロット圧としてレギュレータ14に供給する。
The
電磁切換弁13のソレノイド13aは、コントローラ60に接続される。コントローラ60は、油圧ショベルのオペレータからの入力信号に応じて、ソレノイド13aに励磁電流を供給して切換位置に切り換える。一方、コントローラ60は、オペレータによって信号が入力されない限り、ソレノイド13aを非励磁にして、電磁切換弁13をノーマル位置に保持する。
The
レギュレータ14は、第1メインポンプ51の斜板の傾転角をパイロット圧に比例(比例定数は負の数)するように制御し、第1メインポンプ51の一回転あたりの作動油吐出容量を設定する。
The
電磁切換弁13は、操作弁4〜8のすべてがノーマル位置に維持される場合、すなわち旋回モータ,アームシリンダ,ブームシリンダ30,予備用アタッチメント,及び左走行モータの非作動時には、第1メインポンプ51の吐出量をその他の場合よりも少なくする役割をもつ。例えば、エネルギーロスを少なくしたい暖機運転時などが、この条件に相当する。
When all of the operation valves 4 to 8 are maintained in the normal position, that is, when the swing motor, arm cylinder,
第2メインポンプ52に接続される第2回路系統72には、上流側から、右走行用モータを制御する操作弁15,バケットシリンダを制御する操作弁16,ブームシリンダ30を制御するブーム用操作弁17,及びアームシリンダを制御するアーム二速用の操作弁18が設けられる。操作弁15〜18は、中立流路19を介して相互に接続され、第2切換弁54を介して第2メインポンプ52に接続される。また、操作弁16とブーム用操作弁17とは、中立流路19と並列に設けられるパラレル流路20を介して相互に接続される。
The
中立流路19におけるアーム二速用の操作弁18の下流側には、パイロット圧を生成するためのパイロット圧制御用の絞り21が設けられる。絞り21は、絞り11と同様に機能するものであるため、ここでは詳細な説明は省略する。
A pilot
中立流路19における操作弁18と絞り21との間には、パイロット流路22が接続される。パイロット流路22は、第2メインポンプ52の斜板の傾転角を制御するレギュレータ23に接続される。
A
レギュレータ23は、第2メインポンプ52の斜板の傾転角をパイロット圧に比例(比例定数は負の数)するように制御し、第2メインポンプ52の一回転あたりの作動油吐出量を設定する。
The
制御システム100は、第1メインポンプ51のレギュレータ14に供給される圧力を検出する圧力センサ42と、第2メインポンプ52のレギュレータ23に供給される圧力を検出する圧力センサ43と、を有する。圧力センサ42と圧力センサ43との圧力信号は、コントローラ60に入力される。
The
コントローラ60は、圧力センサ42と圧力センサ43とから入力される圧力信号に応じてアシストポンプ44の斜板の傾転角を制御する。圧力センサ42と圧力センサ43との圧力信号とアシストポンプ44の斜板の傾転角との関係は、最も効率的なアシスト出力が得られるように予め設定される。
The
ブームシリンダ30は、作動油が給排されるピストン側室(負荷側圧力室)30aとロッド側室(反負荷側圧力室)30bとを内部に画成するピストン30cと、ピストン30cとブームとを連結するピストンロッド30dと、を有する。ブームシリンダ30は、ピストン側室30aへの作動油の供給によって伸長してブームを上昇(起立)させ、ピストン側室30aからの作動油の排出によって収縮してブームを下降(倒伏)させるものである。
The
ブーム用操作弁17は、6ポート3ポジションのスプール式の操作弁である。ブーム用操作弁17は、油圧ショベルのオペレータが操作レバー61を手動操作することに基づいてパイロット油圧源56からパイロット弁62を通じてパイロット室17a,17bに供給されるパイロット圧油の圧力によって操作される。ブーム二速用の操作弁6は、オペレータによる操作レバー61の操作量が所定量より大きい場合に、ブーム用操作弁17に連動して切り換わる。
The
パイロット室17aにパイロット圧油が供給された場合には、ブーム用操作弁17は、上昇位置(図1では右側位置)に切り換わる。ブーム用操作弁17が上昇位置に切り換わると、第2メインポンプ52の吐出油が給排流路24を通じてブームシリンダ30のピストン側室30aに供給されると共に、ロッド側室30bからの戻り作動油が給排流路29を通じてタンク55に排出される。よって、ブームシリンダ30は伸長し、ブームは上昇する。
When pilot pressure oil is supplied to the
一方、パイロット室17bにパイロット圧油が供給された場合には、ブーム用操作弁17は下降位置(図1では左側位置)に切り換わる。ブーム用操作弁17が下降位置に切り換わると、第2メインポンプ52からの吐出油が給排流路29を通じてブームシリンダ30のロッド側室30bに供給されると共に、ピストン側室30aからの戻り作動油が給排流路24を通じてタンク55に排出される。よって、ブームシリンダ30は収縮し、ブームは下降する。
On the other hand, when pilot pressure oil is supplied to the
また、オペレータが操作レバー61を操作しておらずパイロット室17a,17bに共にパイロット圧が供給されない場合には、ブーム用操作弁17は中立位置(図1に示す状態)に保たれる。ブーム用操作弁17が中立位置に保たれると、ブームシリンダ30に対する作動油の給排が遮断され、ブームは停止した状態を保つ。
When the operator does not operate the
ブーム用操作弁17とピストン側室30aとを連通させる給排流路24には、回生流量制御弁としての回生制御スプール弁26が設けられる。回生制御スプール弁26は、比例電磁弁34を介して接続されるパイロット油圧源56からのパイロット圧油の圧力によって制御され、ピストン側室30aから排出される作動油の流量を調整する。回生制御スプール弁26は、スプールの一方に臨むパイロット室26aと、スプールの他方を弾性支持するスプリング26bと、を有する。
A regenerative
回生制御スプール弁26は、ピストン側室30aの作動油を回生モータ45に排出しないノーマル位置と、ピストン側室30aの作動油を回生モータ45に排出する回生位置と、を有する。
The regeneration
回生制御スプール弁26は、パイロット室26aにパイロット圧油が供給されない状態では、スプリング26bの付勢力によりノーマル位置を保つ(図1に示す状態)。回生制御スプール弁26は、パイロット室26aにパイロット圧油が供給されると回生位置に切り換えられる。
The regenerative
回生制御スプール弁26は、ノーマル位置に維持された状態では、給排流路24を連通させると共に、ブームシリンダ30のピストン側室30aと回生モータ45とを接続する回生流路27を遮断する。
In a state where the regenerative
回生制御スプール弁26は、回生位置に切り換えられると、給排流路24を遮断すると共に、回生流路27を連通させる。その結果、ピストン側室30aとブーム用操作弁17との接続が遮断され、ピストン側室30aと回生流路27とが接続される。
When the regenerative
なお、回生制御スプール弁26は、理解を容易にするために2つのポジションを図示して説明した。しかしながら、回生制御スプール弁26は、これらの2つのポジションを択一的に選択するのではなく、パイロット室26aのパイロット圧に応じて、給排流路24と回生流路27とをともに部分的な連通状態に保持するとともに、パイロット圧に応じてそれらの開度を制御する機能を有する。
The regenerative
回生流路27には、ブームシリンダ30のピストン側室30aから回生モータ45に排出される作動油の流れを許容し、逆方向の流れを阻止するチェック弁28が設けられる。
The
比例電磁弁34は、ソレノイド34aと、弁体を弾性支持するスプリング34bと、を有する。ソレノイド34aは、コントローラ60からの電流によって励磁され、スプリング34bに抗して弁体を駆動する。
The
比例電磁弁34は、ソレノイド34aが非励磁の状態では、スプリング34bの付勢力によってノーマル位置を保つ(図1に示す状態)。比例電磁弁34は、コントローラ60からソレノイド34aへ励磁電流が供給されると、接続位置に切り換わり、励磁電流に応じた開度でパイロット室26aをパイロット油圧源56に接続する。このように、パイロット室26aのパイロット圧は、コントローラ60から比例電磁弁34に供給される励磁電流に応じた圧力に制御される。
The
ブームシリンダ30のピストン側室30aに連通する給排流路24と、ブームシリンダ30のロッド側室30bに連通する給排流路29とは、再生流量制御弁32が設けられる再生流路31を介して接続される。
The supply /
再生流量制御弁32はスプール弁で構成される。再生流量制御弁32は、スプールの一端に臨むパイロット室32aと、スプールの他端を弾性支持するスプリング32bと、を有する。
The regeneration
再生流量制御弁32は、ピストン側室30aの作動油をロッド側室30bに導かないノーマル位置と、ピストン側室30aの作動油をロッド側室30bに導く再生位置と、を有する。再生流量制御弁32は、再生位置に切り換えられると、ブームの下降時にブームシリンダ30のピストン側室30aからタンク55に導かれる作動油の一部を再生流量としてブームシリンダ30のロッド側室30bに導く。
The regeneration flow
再生流量制御弁32は、パイロット室32aにパイロット圧油が供給されていない状態では、スプリング32bの付勢力によりノーマル位置を保つ(図1に示す状態)。再生流量制御弁32は、パイロット油圧源56からブーム用操作弁17のパイロット室17bに供給されるパイロット圧油がパイロット連通流路64を介してパイロット室32aに供給されると再生位置に切り換えられる。
The regeneration flow
再生流量制御弁32は、ノーマル位置に維持された状態では、再生流路31を遮断する(図1に示す状態)。再生流量制御弁32は、再生位置に切り換えられると、パイロット圧に応動する可変絞りとして再生流路31の作動油の流量を制御する。
The regeneration flow
再生流量制御弁32と回生制御スプール弁26とは、回生制御スプール弁26が回生位置に切り換えられるタイミングよりも再生流量制御弁32が再生位置に切り換えられるタイミングの方が遅くなるように設定される。
The regeneration
再生流路31には、ピストン側室30aから給排流路29への作動油の流れを許容し、逆方向の流れを阻止するチェック弁33が設けられる。
The regeneration flow path 31 is provided with a
パイロット連通流路64は、オペレータがブームを下降させようとして操作レバー61を操作した際にパイロット油圧源56からブーム用操作弁17のパイロット室17bに供給されるパイロット圧油を、再生流量制御弁32のパイロット室32aに導く。つまり、パイロット連通流路64は、ブーム用操作弁17のパイロット室17bと再生流量制御弁32のパイロット室32aとを連通させる。パイロット連通流路64には、パイロット連通流路64を連通状態と遮断状態とに切り換える切換弁としての電磁三方弁65が設けられる。
The pilot
電磁三方弁65は、ソレノイド65aと、弁体を弾性支持するスプリング65bと、を有する電磁式切換弁である。ソレノイド65aは、コントローラ60からの電流によって励磁され、スプリング65bに抗して弁体を駆動する。
The electromagnetic three-
電磁三方弁65は、ソレノイド65aが非励磁の状態では、スプリング65bの付勢力によってノーマル位置を保ち、パイロット連通流路64を遮断状態に維持する(図1に示す状態)。電磁三方弁65は、コントローラ60からソレノイド65aへ励磁電流が供給されると、連通位置に切り換わり、パイロット連通流路64を連通状態にする。このように、電磁三方弁65は、ソレノイド65aに供給される励磁電流によって、パイロット室32aへのパイロット圧油の供給と遮断とを切り換える。
When the
電磁三方弁65は、油圧ショベルを起動した後であって、後述する回生ユニット50が作動可能な状態にある場合に、コントローラ60からソレノイド65aに供給される励磁信号によって連通位置に切り換わる。電磁三方弁65は、オペレータがブームの下降速度を遅くしたい場合、即ち再生が不要な場合には、オペレータの操作に基づいてコントローラ60がソレノイド65aを非励磁にすることによってノーマル位置に切り換わる。このように、電磁三方弁65は、オペレータの操作によってパイロット連通流路64を連通状態と遮断状態とに切り換えるものである。また、電磁三方弁65は、回生ユニット50が作動不可能な状態にある場合に、コントローラ60がソレノイド65aを非励磁にすることによってノーマル位置に切り換わる。
The electromagnetic three-
制御システム100は、第1メインポンプ51及び第2メインポンプ52から各アクチュエータへの作動油の供給をアシストするためにブームシリンダ30のピストン側室30aから排出される作動油のエネルギを回収する回生ユニット50を備える。以下では、その回生ユニット50について説明する。
The
回生ユニット50は、ブームシリンダ30のピストン側室30aから排出される作動油によって回転する回生用の回生モータ45と、回生モータ45に連結される発電機兼用の回転電機としてのモータジェネレータ35と、モータジェネレータ35が発電した電力を直流に変換するインバータ36と、モータジェネレータ35によって発電された電力を貯める蓄電池としてのバッテリ37と、を有する。回生ユニット50による回生制御は、コントローラ60によって実行される。
The
回生モータ45は、モータジェネレータ35に結合し、アシストポンプ44と同軸上で一体回転する。モータジェネレータ35は、回生モータ45によって回転駆動されることで発電機能を発揮する。モータジェネレータ35が発電した電力は、インバータ36を介してバッテリ37に充電される。バッテリ37はコントローラ60に接続され、コントローラ60にはバッテリ37のSOC(State of Charge:充電状態)を示す信号が入力される。
The
バッテリ37には、バッテリチャージャ38が付設される。バッテリチャージャ38は、発電機3aが発電した電力を用いてバッテリ37を充電する。バッテリチャージャ38に家庭用電源など別系統の電源39を接続することも可能である。
A
回生モータ45は、ピストン側室30aから排出される作動油によって回転して電力を回生する。回生モータ45は、可変容量型であり、斜板の傾転角を制御するためのレギュレータ40を備える。レギュレータ40は、コントローラ60からの信号に応じて、回生モータ45の斜板の傾転角を変化させる。
The
アシストポンプ44もまた可変容量型であり、斜板の傾転角を制御するためのレギュレータ41を備える。レギュレータ41は、コントローラ60からの信号に応じて、アシストポンプ44の斜板の傾転角を変化させる。
The
回生モータ45がモータジェネレータ35を回転駆動している場合には、アシストポンプ44の斜板の傾転角を最小にして、アシストポンプ44の駆動負荷が回生モータ45にほとんど作用しない状態に設定することができる。
When the
一方、モータジェネレータ35を電動モータとして機能させる場合には、モータジェネレータ35の出力トルクと回生モータ45の駆動トルクとでアシストポンプ44を回転駆動し、アシストポンプ44をポンプとして機能させることができる。モータジェネレータ35の出力トルクのみによってアシストポンプ44を回転駆動する場合には、回生モータ45の斜板の傾転角を最小にして回転抵抗を最小にする。
On the other hand, when the
回生モータ45の上流には、回生モータ45への作動油の供給量が充分でなくなった場合に、タンク55から回生流路27に作動油を吸い上げて回生モータ45へ供給する吸上流路57が接続される。吸上流路57には、タンク55から回生流路27への作動油の流れのみを許容するチェック弁57aが設けられる。
Upstream of the
以下、制御システム100の作用について説明する。
Hereinafter, the operation of the
制御システム100では、電磁弁1のソレノイド1a,電磁弁2aのソレノイド2c,及び電磁弁2bのソレノイド2dを非励磁にし、第1切換弁53と第2切換弁54とをそれぞれノーマル位置に保った状態でエンジン3を運転すると、第1メインポンプ51から第1回路系統71に作動油が供給され、第2メインポンプ52から第2回路系統72に作動油が供給される。
In the
同時に、アシストポンプ44から作動油を吐出させた場合には、アシストポンプ44の吐出油は、第1メインポンプ51及び第2メインポンプ52の吐出油に合流して第1回路系統71と第2回路系統72とに供給される。
At the same time, when hydraulic oil is discharged from the
一方、第1切換弁53を切換位置に切り換えると、第1メインポンプ51の吐出油のみが第1回路系統71に供給される。第2切換弁54を第1切換位置に切り換えると、第2メインポンプ52の吐出油のみが第2回路系統72に供給される。
On the other hand, when the
第2切換弁54を第2切換位置に切り換えると、第2メインポンプ52の吐出油が回生モータ45に供給される。したがって、第2回路系統72に接続されたアクチュエータを作動させていない場合に、コントローラ60が電磁弁2bを介して第2切換弁54を第2切換位置に切り換えれば、回生モータ45を回転させてモータジェネレータ35に発電を行わせることができる。モータジェネレータ35が発電した電力は、インバータ36を介してバッテリ37に充電される。
When the
次に、ブームを下降させる際の作用を具体的に説明する。 Next, the action when the boom is lowered will be specifically described.
油圧ショベルのオペレータが操作レバー61を操作すると、パイロット油圧源56からのパイロット圧油が、パイロット弁62を介してブーム用操作弁17のパイロット室17bに供給される。これにより、ブーム用操作弁17は下降位置に切り換えられる。
When the operator of the hydraulic excavator operates the
ブーム用操作弁17が下降位置に切り換えられると、第2メインポンプ52の吐出油がロッド側室30bに供給されると共に、ピストン側室30aの作動油がタンク55に排出されて、ブームシリンダ30が収縮してブームが下降する。このとき、コントローラ60は、比例電磁弁34を接続位置に切り換えて回生モータ45による回生動作を開始する。
When the
コントローラ60からの電流によって比例電磁弁34が接続位置に切り換えられると、パイロット油圧源56からのパイロット圧油がパイロット室26aに供給される。
When the
パイロット室26aに供給されるパイロット圧が高くなってくると、回生制御スプール弁26は、ノーマル位置から回生位置に切り換えられる。これにより、ブームシリンダ30のピストン側室30aの作動油が回生流路27に排出されて回生モータ45に導かれる。
When the pilot pressure supplied to the
電磁三方弁65が連通位置に切り換えられており、パイロット連通流路64が連通状態である場合には、ブーム用操作弁17のパイロット室17bに供給されたパイロット油圧源56からのパイロット圧油が、パイロット連通流路64を介して再生流量制御弁32のパイロット室32aに供給される。これにより、ブームの下降時にピストン側室30aの作動油の一部をロッド側室30bに導く再生が行われる。よって、ブームシリンダ30の下降速度が速くなってもロッド側室30bが負圧になることが抑制されるため、異音の発生を防止できる。
When the electromagnetic three-
ここで、油圧ショベルのオペレータがブームシリンダ30の下降速度が遅くなるように調整したい場合には、オペレータの操作に基づいてコントローラ60が電磁三方弁65のソレノイド65aを非励磁にする。これにより、電磁三方弁65がノーマル位置に切り換えられ、ブーム用操作弁17のパイロット室17bと再生流量制御弁32のパイロット室32aとを連通させるパイロット連通流路64が遮断状態に切り換わる。このとき、オペレータの操作に基づいてブーム用操作弁17のパイロット室17bにパイロット圧が導かれても、再生流量制御弁32のパイロット室32aにはパイロット圧は導かれない。よって、ピストン側室30aからロッド側室30bに作動油の一部が導かれないため、ブームシリンダ30の作動速度を再生が行われないときと同じになるように調整することができる。したがって、オペレータによるブームシリンダ30の操作性の調整を容易にすることができる。
Here, when the operator of the hydraulic excavator wants to adjust the lowering speed of the
また、例えば、回生ユニット50がフェイルした場合には、コントローラ60は、比例電磁弁34のソレノイド34aを非励磁にする。これにより、比例電磁弁34がノーマル位置に切り換えられ、パイロット油圧源56からのパイロット圧油が回生制御スプール弁26のパイロット室26aに供給されなくなる。よって、回生モータ45に作動油が供給されなくなる。
For example, when the
このとき、コントローラ60は、電磁三方弁65のソレノイド65aを非励磁にする。これにより、電磁三方弁65がノーマル位置に切り換えられ、パイロット油圧源56からのパイロット圧油が再生流量制御弁32のパイロット室32aに供給されなくなる。よって、ピストン側室30aの作動油の一部をロッド側室30bに導く再生が行われなくなる。
At this time, the
このように、回生ユニット50がフェイルした場合には、制御システム100から回生ユニット50を切り離すことができるため、油圧ショベルの作動特性を、ハイブリッド油圧ショベルではない通常の油圧ショベルと同じにすることができる。
As described above, when the
また、ソレノイド65aの励磁状態によって切り換えられる電磁三方弁65を用いることで、回生ユニット50がフェイルしたことをコントローラ60が検出して、オペレータの操作によらず自動的に電磁三方弁65をノーマル位置に切り換えてパイロット連通流路64を遮断状態にすることができる。
Further, by using the electromagnetic three-
以上の第1の実施形態によれば、以下に示す効果を奏する。 According to the above 1st Embodiment, there exists an effect shown below.
電磁三方弁65がノーマル位置に切り換えられると、ブーム用操作弁17のパイロット室17bと再生流量制御弁32のパイロット室32aとを連通させるパイロット連通流路64が遮断される。これにより、オペレータの操作に基づいてブーム用操作弁17のパイロット室17bにパイロット圧が導かれても、再生流量制御弁32のパイロット室32aにはパイロット圧は導かれない。よって、ピストン側室30aからロッド側室30bに作動油の一部が導かれないため、ブームシリンダ30の作動速度を再生が行われないときと同じになるように調整することができる。したがって、オペレータによるブームシリンダ30の操作性の調整を容易にすることができる。
When the electromagnetic three-
(第二の実施の形態)
以下、図2を参照して、本発明の第2の実施形態に係る建設機械の制御システム(以下、単に「制御システム」と称する。)200について説明する。以下に示す第2の実施形態では、上述した第1の実施形態と異なる点を中心に説明し、第1の実施形態と同様の機能を有する構成には同一の符号を付して説明を省略する。
(Second embodiment)
Hereinafter, a construction machine control system (hereinafter simply referred to as “control system”) 200 according to a second embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. In the second embodiment described below, differences from the first embodiment described above will be mainly described, and the same reference numerals will be given to configurations having the same functions as those in the first embodiment, and description thereof will be omitted. To do.
制御システム200では、電磁三方弁65に代えて一対の手動開閉弁66,67が切換弁として用いられる点で、第1の実施形態とは相違する。
The
手動開閉弁66,67は、油圧ショベルのオペレータが手動で開閉可能なニードル弁である。手動開閉弁66は、パイロット連通流路64に介装される。手動開閉弁67は、手動開閉弁66が開状態である場合には、パイロット連通流路64のパイロット圧を維持するために閉状態に切り換えられる。手動開閉弁67は、手動開閉弁66が閉状態である場合には、パイロット室32aに供給されていたパイロット圧油をタンク55に排出するために開状態に切り換えられる。
The manual open /
手動開閉弁66が開状態である場合には、パイロット連通流路64は連通状態である。よって、ブーム用操作弁17のパイロット室17bに供給されたパイロット油圧源56からのパイロット圧油が、パイロット連通流路64を介して再生流量制御弁32のパイロット室32aに供給される。これにより、ブームの下降時にピストン側室30aの作動油の一部をロッド側室30bに導く再生が行われる。
When the manual opening / closing
一方、手動開閉弁66が閉状態に切り換えられた場合には、パイロット油圧源56からのパイロット圧油が再生流量制御弁32のパイロット室32aに供給されなくなる。よって、ピストン側室30aの作動油の一部をロッド側室30bに導く再生が行われなくなる。
On the other hand, when the manual opening / closing
なお、手動開閉弁66,67としてニードル弁が適用されるが、パイロット連通流路64を遮断できればよいため、ボール弁やポペット弁等の他の弁を適用してもよい。
In addition, although a needle valve is applied as the manual opening /
以上の第2の実施形態によれば、第1の実施形態と同様の作用効果を奏すると共に、油圧ショベルのオペレータがブームを下降させる操作を行っているときに違和感があったような場合に、手動でパイロット連通流路64を遮断状態にすることができる。
According to the second embodiment described above, in the case where there is a sense of incongruity when the operator of the hydraulic excavator performs the operation of lowering the boom, while having the same operational effects as the first embodiment, The
以下、本発明の実施形態の構成、作用、及び効果をまとめて説明する。 Hereinafter, the configuration, operation, and effect of the embodiment of the present invention will be described together.
制御システム100,200は、作動油を供給する第1,第2メインポンプ51,52と、第1,第2メインポンプ51,52からの作動油が給排されるピストン側室30aとロッド側室30bとを有するブームシリンダ30と、オペレータの操作に基づいてパイロット圧が導かれるパイロット室17bを有し、当該パイロット室17bにパイロット圧が導かれると、第1,第2メインポンプ51,52からロッド側室30bに作動油を供給してピストン側室30aから作動油を排出するように切り換えられるブーム用操作弁17と、パイロット圧が導かれるパイロット室32aを有し、当該パイロット室32aにパイロット圧が導かれると、ピストン側室30aから排出される作動油の一部をロッド側室30bに導くように切り換えられる再生流量制御弁32と、ブーム用操作弁17のパイロット室17bと再生流量制御弁32のパイロット室32aとを連通させるパイロット連通流路64と、パイロット連通流路64を連通状態と遮断状態とに切り換える電磁三方弁65又は手動開閉弁66,67と、を備えることを特徴とする。
The
この構成では、電磁三方弁65又は手動開閉弁66,67が切り換えられると、ブーム用操作弁17のパイロット室17bと再生流量制御弁32のパイロット室32aとを連通させるパイロット連通流路64が遮断される。これにより、オペレータの操作に基づいてブーム用操作弁17のパイロット室17bにパイロット圧が導かれても、再生流量制御弁32のパイロット室32aにはパイロット圧は導かれない。よって、ピストン側室30aからロッド側室30bに作動油の一部が導かれないため、ブームシリンダ30を再生が行われないときと同じになるように調整することができる。したがって、オペレータによるブームシリンダ30の操作性の調整を容易にすることができる。
In this configuration, when the electromagnetic three-
また、制御システム100は、油圧ショベルの動作を制御するコントローラ60を更に備え、電磁三方弁65は、ピストン側室30aからロッド側室30bに作動油が導かれる再生が不要な場合にコントローラ60によってパイロット連通流路64を遮断状態に切り換える電磁式切換弁であることを特徴とする。
The
この構成によれば、電磁式切換弁である電磁三方弁65を用いることで、回生ユニット50がフェイルしたことをコントローラ60が検出して、オペレータの操作によらず自動的に電磁三方弁65をノーマル位置に切り換えてパイロット連通流路64を遮断状態にすることができる。
According to this configuration, by using the electromagnetic three-
また、電磁三方弁65及び手動開閉弁66,67は、オペレータの操作によってパイロット連通流路64を連通状態と遮断状態とに切り換えることを特徴とする。
Further, the electromagnetic three-
この構成によれば、オペレータの操作によってパイロット連通流路64を連通状態と遮断状態とに切り換えることで、ブームシリンダ30の作動速度をオペレータの要求にあわせて調整することができる。
According to this configuration, the operation speed of the
また、第1,第2メインポンプ51,52からブームシリンダ30への作動油の供給をアシストするためにピストン側室30aから排出される作動油のエネルギを回収する回生ユニット50を更に備えることを特徴とする。
The
また、電磁三方弁65又は手動開閉弁66,67は、回生ユニット50が作動不可能な状態にある場合に、パイロット連通流路64を遮断状態に切り換えることを特徴とする。
The electromagnetic three-
これらの構成によれば、回生ユニット50が作動不可能な状態にある場合にパイロット連通流路64が遮断状態に切り換えられるため、回生ユニット50がフェイルした場合には、パイロット連通流路64は遮断状態に保たれる。よって、回生ユニット50がフェイルした場合には、再生も行わないようにすることで、制御システム100から回生ユニット50を切り離すことができる。したがって、油圧ショベルの作動特性を、ハイブリッド油圧ショベルではない通常の油圧ショベルと同じにすることができる。
According to these configurations, since the pilot
以上、本発明の実施形態について説明したが、上記実施形態は本発明の適用例の一部を示したに過ぎず、本発明の技術的範囲を上記実施形態の具体的構成に限定する趣旨ではない。 The embodiment of the present invention has been described above. However, the above embodiment only shows a part of application examples of the present invention, and the technical scope of the present invention is limited to the specific configuration of the above embodiment. Absent.
例えば、上記実施形態では、流体圧シリンダからの戻り作動油を利用して回生を行う例として、ブームシリンダ30からの戻り作動油を利用する場合について説明した。しかしながら、ブームシリンダ30に代えて、アーム駆動用のアームシリンダ又はバケット駆動用のバケットシリンダからの戻り作動油を利用して回生を行うようにしてもよい。アームシリンダ及びバケットシリンダは、操作弁5,16が中立位置の場合にはロッド側室によって負荷を保持する状態が多いため、ロッド側室を負荷側圧力室としてもよい。
For example, in the above-described embodiment, the case of using the return hydraulic oil from the
また、上記第1の実施形態では、切換弁としてコントローラ60によって切り換えられる電磁三方弁65が用いられる。これに代えて、例えば、パイロット油圧源56から供給されたパイロット圧油の圧力を比例電磁弁34が励磁電流に応じて減圧して生成したパイロット二次圧によって切り換えられるパイロット切換弁を切換弁として用いてもよい。
In the first embodiment, an electromagnetic three-
100・・・建設機械の制御システム,200・・・建設機械の制御システム,17・・・ブーム用操作弁(操作弁),30・・・ブームシリンダ(流体圧アクチュエータ),30a・・・ピストン側室(負荷側圧力室),30b・・・ロッド側室(反負荷側圧力室),32・・・再生流量制御弁,50・・・回生ユニット,51・・・第1メインポンプ(流体圧ポンプ),52・・・第2メインポンプ(流体圧ポンプ),56・・・パイロット油圧源,60・・・コントローラ(制御部),64・・・パイロット連通流路,65・・・電磁三方弁(切換弁),66・・・手動開閉弁(切換弁),67・・・手動開閉弁(切換弁)
DESCRIPTION OF
Claims (5)
作動流体を供給する流体圧ポンプと、
前記流体圧ポンプからの作動流体が給排される負荷側圧力室と反負荷側圧力室とを有する流体圧アクチュエータと、
オペレータの操作に基づいてパイロット圧が導かれるパイロット室を有し、当該パイロット室にパイロット圧が導かれると、前記流体圧ポンプから前記反負荷側圧力室に作動流体を供給して前記負荷側圧力室から作動流体を排出するように切り換えられる操作弁と、
パイロット圧が導かれるパイロット室を有し、当該パイロット室にパイロット圧が導かれると、前記負荷側圧力室から排出される作動流体の一部を前記反負荷側圧力室に導くように切り換えられる再生流量制御弁と、
前記操作弁のパイロット室と前記再生流量制御弁のパイロット室とを連通させるパイロット連通流路と、
前記パイロット連通流路を連通状態と遮断状態とに切り換える切換弁と、を備えることを特徴とする建設機械の制御システム。 A construction machine control system,
A fluid pressure pump for supplying a working fluid;
A fluid pressure actuator having a load-side pressure chamber and an anti-load-side pressure chamber through which working fluid from the fluid pressure pump is supplied and discharged;
A pilot chamber through which pilot pressure is guided based on an operator's operation, and when the pilot pressure is guided to the pilot chamber, the working fluid is supplied from the fluid pressure pump to the anti-load side pressure chamber to An operation valve that is switched to discharge the working fluid from the chamber;
Regeneration that has a pilot chamber to which pilot pressure is guided, and that when the pilot pressure is guided to the pilot chamber, a part of the working fluid discharged from the load-side pressure chamber is guided to the anti-load-side pressure chamber A flow control valve;
A pilot communication channel for communicating the pilot chamber of the operation valve and the pilot chamber of the regeneration flow control valve;
A control system for a construction machine, comprising: a switching valve that switches the pilot communication channel between a communication state and a cutoff state.
前記切換弁は、前記負荷側圧力室から前記反負荷側圧力室に作動流体が導かれる再生が不要な場合に前記制御部によって前記パイロット連通流路を前記遮断状態に切り換える電磁式切換弁であることを特徴とする請求項1に記載の建設機械の制御システム。 A controller for controlling the operation of the construction machine;
The switching valve is an electromagnetic switching valve that switches the pilot communication flow path to the shut-off state by the control unit when there is no need for regeneration in which a working fluid is guided from the load-side pressure chamber to the anti-load-side pressure chamber. The construction machine control system according to claim 1.
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